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1、R 2120 型进口膨胀干燥机的技术改造李菊华茂名石化乙烯公司 525021摘要 运用固体输送理论 , 对 R 2120 型进口膨胀干燥机的结构及故障进行分析 , 并提出了整改方案 ,而且在生产中得以验证 , 同时对后期的改造提出初步设想以完善其加工能力和效果。关键词 膨胀干燥机固体输送理论故障分析膨胀干燥机是合成橡胶后处理的关键机组之一 , 它对整条生产线的产品产量及质量起着决定性的作用。由于其占地小、流程短、工艺先进 , 与挤压脱水机组成的二机系统 , 越来越广泛的在合成橡胶行业得以应用。受各种橡胶物性的制约 (如粘度、强度、熔点等参数 ) , 一般为一个胶种一条生产线。所以 , 在一条生
2、产线上实现多用途的二机为几代“橡胶人”的梦想。茂名石化乙烯公司从美国 FOMM 公司引进的R 2120 型膨胀干燥机是一种一机多胶种的设备 , 可用于加工 SBR , PB , SBS 三大胶种。填补了国内合成橡胶行业的空白。1设备的故障分析设备由主电机、液力偶合器、减速机、挤压系统、加热冷却系统和控制系统组成。与普通的膨胀干燥机相同。起决定作用的是挤出机的挤压系统 , 主要由螺杆及筒体所组成。由于设计、制造上存在一定的缺陷 , 该机自 1997 年 7 月 28 日试、开车以来 ,连续发生多起损坏事故。a) 进料段磨红 , 衬套松动 ;b) 螺杆闭帽松动 ;c) 与齿轮箱相连的 8 个 &
3、的螺栓全部拉断、 12根与模板相连的法兰螺栓断了 3 根 ; 减速箱与筒体的联接件向筒体方向移动 515mm , 筒体的地脚螺栓都有不同程度的弯曲 , 剪切螺钉断 14 个、弯曲 32个 ; 螺套损坏 11 节、主轴弯曲 1185mm。111固体输送理论图 1 为胶块在固体输送区的运动分析 , 图 2 为胶块、机筒和螺杆间的速度分量。图 1固体塞在固体输送区的运动分析1螺牙 ; 2螺杆 ; 3机筒 ; 4塑料塞断面图 2固体塞、机筒和螺杆间的速度向量图112固体输送理论的公式推导及定性分析从流速分析得出固体流动速率为 :收稿日期 : 1999208205作者简介 : 李菊华 , 工程师。 19
4、86 年毕业于北京化工学院橡胶机械专业 , 毕业后一直在石化行业从事设备技术及管理工作 , 任车间副主任。动设备 石油化工设备技术 , 2000, 21 (5) 22Petro2Chem ical Equipm ent T echno logy Q s= P2nH D b (D b- H ) (tgUtgHb) tgU+ tgHb) (W W + e) (1)式中 : n螺杆转速 ;H 螺纹根部至机筒表面的距离 ;D b机筒内径 ;U固体塞的方向角 ;Hb机筒内表面任意半径处的螺纹升角 ;W 螺槽宽度 ;e螺纹顶处螺棱的法向宽度。从图 2 可以看出 , 如果胶料紧抱螺杆 , 则 Q s=0,
5、此时的方向角 U= 0。如果螺杆光滑到摩擦力可忽略 , 则可获得最大流量的角度 U= 90 - Hb, 即胶只有沿轴向移动。从式 (1) 可以看出 , 要求 Q s, 需先求前进角 U,胶块在螺杆中的受力情况如图 3 所示。图 3 固体塞微元体的受力分析按力的平衡及力矩平衡方程求得前进角为 :co sU= K sinU+ M (2)式中K = (D s D b ) ( sinH+ f sco sH) (co sH-f ssinH)M = 2 (H W b) (f s f b) sinHb K + (D D b) ctgH + (W s W b) (f s f b) sinHb K + (D s
6、 D b) ctgHs + (W W b) (H Z b) (I f b) sinH K + (D D b) ctgH ln (p p 0)式中 : K 力平衡系数 ;M 力矩平衡系数 ;H螺纹升角平均直径 ;W 螺纹槽宽平均直径 ;D b螺纹任意处平均直径 ;D s螺杆的螺纹根部平均直径 ;D b机筒内径 ;D s 螺杆的螺纹根部直径 ;f s胶与螺杆的摩擦系数 ;f b胶与机筒的摩擦系数 ;D 螺杆平均直径 ;W s螺杆根径处垂直于螺棱的螺槽宽度 ;W b机筒内表面处垂直螺棱的螺槽宽度 ;Z b加料段长度 ;I 螺纹升程 (或称导程 ) , 即沿螺杆螺纹转动一周的轴向距离 ;p 胶在机头处
7、的压力 ;p 0初始压力。式 (2) 可化简成 :sinU= 1+ K 2- M 2 - KM (1+ K 2) (3)由式 (3) 可得出如下结论 :a) 提高胶料与机筒的摩擦系数后可使 U角增大 , 在机筒上开槽和通冷却水增大摩擦系数。b) 适当加长加料段的长度 Z b 也有助于加大 U角 , 使产率得以提高 , 并稳定地输送物料 , 如太短 ,则造成其后的熔料的压力和产量的波动。c) 增加较大的初压力 p 0 可以压实物料和增大 U值 ; 采用偏心料斗可以增加 p 0。2挤压系统的改造211系统强度的改造按全封闭系统受力分析 , 力的传递如图 4 所示。图 4封闭力系按力的分布 , 筒体
8、上各部所受的力 , 见表 1。表 1力的分布 (模板压力 3000p si) 磅受力点 单位受力 总力筒体支腿 27720 166320 (总计 6 个 )加料斗 42840齿轮箱联接件 38400每个齿轮箱螺栓 4800合计 247560为减小从齿轮箱传递到加料斗的力 , 在加料斗处增加加强筋板 , 即受力板 , 下部增加凹槽及剪切32第 21 卷第 5 期 李菊华 . R 2120 型进口膨胀干燥机的技术改造螺钉 , 通过增强筋板使力的传递到筒体达到最小。212系统结构的改造从生产的实际情况来看 , 膨胀干燥机主要表现为不吃料、堵胶及返胶等现象 , 存在以下缺陷 :a) 螺杆表面粗糙 ,
9、降低了物料的输送能力。b) 筒体表面及衬套表面光滑 , 减少了推力 , 降低了胶与金属的摩擦系数。c) 经压缩段及均化段返回的游离水 , 到达加料口后 , 只从一个 1 的小孔排出 , 而孔常被胶料堵死 , 使水在此处堆积 , 造成大量的水包裹胶料打滑。d) 胶从模板出来时 , 产生塑化胶 , 并着火。按照固体输送理论 , 以上结构都是与该理论相背并引发一系列的事故 , 现改造如下 :a) 加料斗增加一个筛网结构 , 满足维修的需要 , 采用可拆卸式网状结构 , 以增加此处的漏水率 , 同时增加胶与筛网的摩擦系数。b) 加料螺套增加进料的爬升力 , 采取加大加料口螺套螺距的方法 , 由 4 提
10、高到 6 。同时对螺套表面进行抛光处理 , 这样做是为了减小胶与螺套表面的摩擦系数。c) 衬套对第一段筒体与加料口的过渡衬套进行拉槽 ,以增加胶与衬套的摩擦力。考虑到螺杆的自清洁性及输送能力的加强 , 在加料口处还增加了 2 个剪切螺钉。3不同结构的模头与螺杆性能的匹配在一台设备上实现三大胶种的生产 , 由于胶料的物性不同 , 其对应的模板模孔的特性曲线也是不同的。熔融物料通过机头的流率公式可简化为 :Q = K 1$p G式中 : Q 产量 ;K 1机头阻力常数 ;$p 机头上的压力降 ;G胶的粘度。对于不同的胶种 , 有一组与螺杆特性曲线相匹配的活模头与之相对应 , 以满足生产。4改造结论
11、经过多次改造及工艺上的摸索 , 从 1998 年 6 月对膨胀干燥机进行了较大的改进 , 经过不同胶种的调试、考核 , 已证明 : 运用基础理论对膨胀干燥机进行的改造是成功的 , 效果显著 , 一机多能是可以实现的。5存在的问题及设想a) 通过初步的改造 , 基本上解决了软胶及物性(如强度 ) 要求不高的胶的生产。但对于高强度及高弹性的胶 (如 F411x 等 ) , 加工起来的难度就较大 ,对照专利厂家及国内同行的生产经验 , 拟对加料口进行如下改造 , 如图 5 所示。图 5加料口改造方案b) 对筒体法兰的连接螺栓要进行强度的校核 ,及重新选材、设计。同时 , 对筒体内壁进行开槽 , 如图
12、 6 所示。图 6内壁开槽图c) 筒体的支撑不符合热胀变形的设计要求 , 改成带滚伸装置的机构。d) 模板的设计 , 现有模板经常开裂 , 对产品的质量及现场的安全都有影响和存在威胁 , 需重新校核及设计新的模板和模头。参考文献1 北京化工学院、华南工学院合编 1 塑料机械设计 1 北京 :轻工业出版社 , 198642 石油化工设备技术 2000 年TACKL E D IFF ICUL T PROBL EM OF H IDD ENTROUBL E FOR DOM ESTIC KEY M ECHAN ICALEQU IPM ENT OF HYD ROCRACK ING UN ITT an P
13、ing qing. Z henha i ref ined and chem ica lcom p lex ref inery , P. C 315207Abstract T he m ain key m echan ical equ ipm en tsw ith h idden troub le in dom estication hydrocrack ingun it are feed stock pum p , fresh hydrogencom p resso r, recycle hydrogen com p resso r etc. Bym ean s of analysis on
14、the reason of p roducingh idden troub le of m ain key m echn ical equ ipm en t,som e view po in ts and m easu res fo r so lving h iddentroub le are p resen ted, w h ich serve fo r the“ safe,steady, long period” p roduction of dom esticationhydrocrack ing un it.Keywords Dom estication, M echan icaleq
15、u ipm en t, H idden troub le, Coun term easu reTECHN ICAL RECONSTRUCTION OF R120TY PE IM PORTED EXPANSION D RY INGM ACH INEL i J uhua. M aom ing p etrochem ica l ethy lenecom p any , P. C 510640Abstract By u sing so lid tran spo rt theo rem , thestructu re and fau lt of R 120 type im po rtedexpan si
16、on drying m ach ine are analized. T heim p rovem en t p lan is pu t fo rw ard, and verified inp roduction. A t the sam e tim e, the p rim aryim agination of recon struction fo r later period isgiven, to perfect the p rocess capacity andeffectiveness.Keywords Expan sion drying m ach ine, So lidtran spo rt theo rem , Fau lt analysisD
